江西省现代大地基准完善GNSS大地控制网数据处理

徐锦明 徐铜

（1.江西省基础测绘院 江西南昌 330209；2.中国建筑第七工程局有限公司 河南郑州 450004）

1 引言

随着计算机、互联网和测绘技术的发展，建立和维护大地测量基准的理论方法、技术手段和仪器设备也发生了巨大的变化。为满足地壳变化、地球科学研究和灾害监测等对大地测量基准框架的需求，我国自上世纪90年代开始建设适应于高科技发展的国家测绘地理信息基准框架，提出利用全球导航卫星定位、水准测量、重力测量等技术，构筑我国面向21世纪的新一代大地测量基准服务体系。作为国家测绘地理信息基准框架的有效补充，建立与国家基准框架相一致的江西省现代测绘地理信息基准体系，为智慧江西的建设实施奠定基础统一、现势性强、高精度的现代空间定位基准。

以国家现代大地基准体系为基础，在江西省已有的平面控制资料、高程控制资料、重力点成果等测绘成果的骨架上，利用现代的高新测绘技术手段，通过点位直接利用成果复测、整合改造和加密新建等途径，按照与国家现代大地基准一同规划、一同设计的原则，以江西省GNSS连续运行基准站网为骨干，GNSS大地控制网为框架，构建覆盖江西省全境、集平面、高程、重力等信息于一体的基础性测绘控制网，形成由平面基准、高程基准和重力基准组成的三维地心、静动态结合、灵活实用、高精度、综合性的江西省现代大地基准体系。

2 GNSS连续运行基准站数据收集

收 集 了 WUHN、LUZH、GUAN、XIAM、SHA2、HBJM、AHAQ、ZJJD、FJWY、GDZH、GDSG、HNMY、JXHK、JXJA等十四个江西省及周边国家GNSS连续运行基准站的数据；数据处理收集并采用了2015年11月18日－2016年3月18日江西省GNSS连续运行基准站网（JXCORS）共计69点数据，其中JXAY、JXDX、JXJD、JXLA、JXLC、JXNC、JXND、JXPX、JXTG、JXWA、JXWN、JXYF、JXYS共 13个点与“全国卫星导航定位基准服务系统运行维护”项目中的基准站点重合。

3 GNSS大地控制网数据

江西省GNSS大地控制网是江西省现代大地基准完善项目重要的组成部分，有117个GNSS大地控制网点，其中利用江西省GNSS A级点39个，新建GNSS B级点48个，利用江西省GNSS C级点30个。采用的GNSS接收机为双频/全波长，观测量至少有L1、L2载波相位，精度优于5mm+1ppm；使用的天线具备抗多路径效应的扼流圈，天线具有定向指北标志，安装天线时，天线定向标志线指向正北，定向误差不应大于±5°[1]。GNSS大地控制网使用仪器与天线信息如表1。

表1 GNSS大地控制网使用仪器与天线信息

GNSS大地控制网外业观测按B级GNSS网观测要求，采用基于连续运行基准站的GNSS静态作业模式，以静态测量模式与江西省GNSS连续运行基准站或国际IGS、国家连续运行基准站同步观测，如图1。于2015年11月19日开始观测，2016年3月5日完成观测，每点至少观测3个时段、每个时段至少23.5小时，观测时间段在一天（UTC时间）中，不能跨年积日，观测数据文件前缀有8个字符：前4个字符为点号、第5至第7个字符为年积日、第8个字符为观测时段号。

图1 GNSS大地控制点联测示意图

4 数据预处理

根据野外观测手簿和外业数据采集检查表，将同一年积日的野外采集数据放在一起，并进行采集数据文件名与野外观测手簿记载的一致性、年积日的一致性、点名与点号的正确性、接收机与天线型号的符合性、天线高量测正确性等项检验。使用GNSS接收机随机软件使采集数据标准化，形成广播星历文件 A056DAY1.15N和采集数据文件A056DAY1.15O，其中A056为点号，DAY为年积日，1为观测时段号，15为观测年号，N为广播星历，O为观测数据。

采用“TEQC软件”进行采集数据质量检查分析，检查内容包括：查看rinex头文件信息是否正确、齐全，测站信息表记录信息是否与rinex头文件信息一致，查看点号、数据采样间隔、观测时段长、数据的可用率、环境的多路径效应大小和卫星总数等。

按照天线构造和量测方式，天线高统一采用野外观测值归算。在采集数据标准化时由随机软件自动计算天线相位中心位置，归算至标石标志面。

5 数据处理

江西省GNSS大地控制网数据处理采用美国麻省理工学院研制的高精度数据处理专用软件（GAMIT/GLOBK软件10.50版本），基线解算使用GAMIT软件，网平差采用GLOBK软件。数据处理流程如图2。

图2 GNSS大地控制网数据处理流程图

由于GNSS连续运行站和大部分GNSS大地控制网点有成果，其坐标已达到0.05米以内的精度，基线解算先验坐标利用已有成果直接使用；没有资料的48个GNSS大地控制网点基线解算先验坐标采用差分的办法获得，其坐标达到0.1米以内的精度。

基线解算基本参数设置：采用基准：2000国家大地坐标系；卫星截止高度角：10度；卫星轨道：事后IGS精密星历，并且固定；数据采样间隔：GNSS连续运行基准站、GNSS大地控制网点统一采用30秒[1]；观测值：采用消除电离层后的组合观测值；坐标约束：GNSS连续运行站水平方向给予5cm、垂直方向给予10cm的约束，GNSS大地控制网点给予10cm的约束；对流层改正模型：采用Saastamoinen模型进行标准气象改正；数据解算模式：周跳自动修复技术；光压模型：BERNE；固体潮模型：IERS2003；海潮模型：FES2004（otl_FES2004.grid）；天顶延迟改正模型：VMF1；天顶延迟参数个数：13[2]。

以年积日为单位，采用多基线形式进行基线解算，GNSS连续运行基准站与GNSS大地控制网的同步环Nrms值全部小于0.3周，说明基线解算时周跳全部剔除干净。

表2 同步环Nrms统计表[2]

GNSS大地控制网点均为3个时段观测，计算重复性基线南北平面分量、东西平面分量和垂直分量及基线边长，计算GNSS大地控制网同一基线各分量不同时段的较差。

表3 GNSS大地控制网基线重复性统计表 单位：mm[2]

由表3可知，GNSS大地控制网基线南北平面分量的重复性平均值为±2.6mm，最大值为±16.2mm；东西平面分量的重复性平均值为±3.1mm，最大值为±14.8mm；垂直（高程）分量的重复性平均值为±5.5mm，最大值为±33.6mm；基线长度的重复性平均值为±1.4mm，最大值为±11.8mm。

表4 GNSS大地控制网重复基线较差统计表[2]

图3 GNSS大地控制网重复基线较差分布图[2]

由表4和图3可见，GNSS大地控制网重复基线的较差均分布在2/3限差内。

GNSS大地控制网平差采用与GAMIT配套的综合平差软件GLOBK，所有基线都参与三维无约束平差，对GNSS大地控制网的全部基线结果进行了χ2检验和每个改正数粗差的检验[1]，数据全部通过检验。根据GNSS B级网最简异步环或附合路线的边数应不大于6条[1]，剔除起算边和个别三维无约束平差中改正数较大的基线，组网进行三维约束平差。在2000国家大地坐标系下，约束本项目所选取周边区域的13个国家GNSS连续运行基准站、59个江西省GNSS连续运行基准站，做三维约束平差，求出江西省GNSS大地控制网点坐标。

在ITRF2008框架、2016.089历元下，约束本项目所选取周边区域的13个国家GNSS连续运行基准站、59个江西省GNSS连续运行基准站，做三维约束平差，求出江西省GNSS大地控制网点坐标。

6 精度统计

精度统计为2000国家坐标系成果精度统计。

表5 GNSS大地控制网空间直角坐标精度统计表单位：mm[2]

由上表可知，GNSS大地控制网空间直角坐标X、Y、Z 分量的中误差最大值为±3.8mm，GNSS大地控制网平面分量的中误差最大值为±1.0mm，垂直（高程）分量的中误差最大值为±5.0mm；精度优于国家B级GNSS大地控制网精度。

表6 GNSS大地控制网基线精度统计表[2]

由上表可知，GNSS大地控制网相邻点基线平面分量的中误差最大值为±1.3mm；相邻点基线垂直（高程）分量的中误差最大值为±6.7mm；基线相对中误差最大值为6.87×10-8，满足国家B级GNSS大地控制网基线相对精度不大于0.1PPM的要求。

7 结论

（1）以建立江西省高精度的三维地心坐标框架基准及高精度的似大地水准面模型为目标，以加快江西省现代测绘基准体系建设为出发点，按照江西省现有测绘基准的特点，在江西省GNSS连续运行基准站网的基础上，布设了分布均匀的GNSS大地控制网点，点位深入到了地形条件较为复杂的地区，保证了高精度似大地水准面精化的覆盖范围及精度需求。

（2）充分利用了国家GNSS连续运行站，获取了高精度的、与国家基准相一致的江西省GNSS大地控制网点成果，为江西省各项经济建设提供实用的、现势性和服务能力强的江西省现代测绘基准体系。

（3）获取了ITRF2008框架、2016.089历元的平均瞬时历元成果，为智慧江西建设、地壳变化、灾害监测、地球科学研究发挥前沿作用。